鱼会游泳的原理解析鱼儿为什么会在水里游_鱼儿

这看似是一个理所应当的问题："因为鱼有鳍，就像人有脚一样，所以鱼会游泳" 。
如果嫌这句话麻烦甚至可以用"因为它是鱼，所以它会游泳"这种方式来回答。
但真相真的是这样吗？鱼鳍是鱼游泳的主要动力来源吗？
如果深究下来，你会发现这个问题其实并不简单。
很早之前，人们就认识到，游泳是动物最省力的运动方式。
走路、飞行、游泳，如果让你选择一种方式从A点移动到B点，你会怎么选？
我想大部分人都会选择飞行。
确实，对于个体来说，飞行是最快的运动方式，但如果单从消耗能量大小的角度来考虑，飞行却不是最优解。
科学家研究发现，同样要移动1km ，松鼠爬行需要消耗22.73J的热量；海鸥飞行需要消耗6.07J的热量；鲑鱼游泳只需要消耗1.63J的热量，大约只有松鼠的1/20 ，海鸥的1/6 。
就算是找一个和鲑鱼一模一样的物体，用同样的速度把它放到水里拖动它移动1km ，科学家发现会游动的鲑鱼消耗的能量只有前者的1/7-1/8 。
很显然，游泳是动物最省力的方式。
鱼既然游泳那么高效，人类肯定会想去模仿它，去创造一个和鱼运动方式一样的水下推进装置。
你也许会想，我们不是已经有潜艇了吗？
但即使是最快的核潜艇，用螺旋桨推进的它时速只有44.7节，也就是每小时80.4公里。水里游得最快的旗鱼，速度可以达到每小时112公里。
不止是速度的问题，潜艇推进时噪音大、耗能高，并且高速旋转的螺旋桨还会产生空蚀效应，导致螺旋桨磨损。
所以人类一直想去模仿鱼的游动方式，设计出更先进的水下载具，这也就是仿生。
但想去模仿，就得先搞懂鱼游泳的原理。
那第一个问题来了，选哪种鱼作为研究对象呢？
如果仔细观察鱼的运动方式，你会发现大部分的鱼运动方式大抵相同：利用尾部和身躯肌肉的收缩进行有规律的左右扭动，专业上这称为身体/尾鳍推进模式(Body and/or caudal fin, BCF) 。

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鱼的游动方式｜图源：https://tpwd.texas.gov/kids/wild_things/fish/howdofishswim.phtml
科学家发现，不同的鱼，扭动的幅度大小和频率不太一样，但核心都是在于扭动。
当然，鱼鳍的摆动在游动时也起到一定的作用，主要是调整方向，最主要的动力还是来自于身躯的扭动，特别是当鱼快速移动的时候。
所以，鱼鳍并不是鱼游泳的主要的动力来源，而是躯干的扭动。

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不同鱼的鱼鳍大小、形状不一样｜图源：https://tpwd.texas.gov/kids/wild_things/fish/howdofishswim.phtm
既然鱼的主要运动方式是靠躯干的扭动，那就研究它们扭动的细节就好了。
前面说了，不同的鱼摆动的幅度不太一样，有的幅度大，有的幅度小。扭动幅度大的称为波动式，扭动幅度小的称为摆动式。不
管怎么分类，这两种推进模式在基本运动原理都一样。

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不同的鱼扭动的幅度不一样｜图源：文献3
而作为科学研究，肯定优先找那些摆动幅度大的鱼来作为研究对象，因为运动幅度越大，越容易观察到摆动的细节。
那什么鱼摆动幅度比较大呢？
自然是黄鳝、鳗鲡之类的长条鱼，因为身型越长条，利用肌肉收缩为动力产生的波浪式运动越明显。
鳗鱼的运动方式主要依靠躯体的波浪式运动
所以很早的时候，科学家就拿鳗鱼之类的长条鱼来做实验，主要用高速摄影的方式来拍摄它们的运动方式。
利用摄影技术来研究鱼的运动方式，有很大的局限性。
鱼是自由的，它在水箱里游来游去都是随心所欲的，更不会做出特定的动作来满足科学家的研究需求。

鱼会游泳的原理解析 鱼儿为什么会在水里游

鱼会游泳的原理解析鱼儿为什么会在水里游